Ambientada 30 años en el futuro, la colonización en el espacio exterior es una realidad y la familia Robinson ha sido elegida para fomar parte de una misión especial para establecer una nueva colonia en el espacio y empezar una nueva vida en un mundo mejor.
Durante una misión de rescate, Wren (Charlize Theron), directora de una organización de ayuda humanitaria, conoce a Miguel (Javier Bardem), un apasionado médico que ha dedicado su vida a trabajar en los países más peligrosos del continente africano.